Введение к работе
Актуальность проблемы и цель работы, В современных энергетических тановках и агрегатах требуется передача мощных тепловых потоков от газа к жерхности. Одним из эффективных способов организации теплообмена :жду газом и твердыми телами является применение импактных струй, (иентированных по нормали к поверхности. Однако в ряде случаев и такой ювень теплоотдачи еще не достаточен, и проблема усиления теплопереноса ке в импактных струях остается актуальной.
Гидродинамике и теплообмену импактных струй посвящено большое ісло журнальных статей и ряд монографий. Перспективным направлением ггенсификации теплообмена в импактных струях является воздействие на :чение таких внешних факторов, как форма поперечного сечения канала и эедварительнач закрутка потока. Однако сведения о влиянии этих факторов на :плообмен струи с преградой ограничены или носят оценочный характер.
Кроме того, при конструировании теплообменных устройств, лтользующих импактные струи, необходимы данные об энергетических ітратах на тот ли иной способ интенсификации теплообмена.
Поэтому целью настоящей работы является экспериментальное сследование влияния организации течения в прямоточных каналах-соплах утем изменения формы их поперечного сечения и применения начальной ікрутки на теплообмен газовых струй с преградой, а также оценка иергоемкости этих способов интенсификации теплоотдачи.
Работа выполнена на кафедре «Теоретическая теплотехника» Уральского эсударственного технического университета и является составной частью оординационного плана АН СССР по проблеме «Теплофизика и еплоэнергетика» № Г.Р. 01840005222 (Программа Минвуза «Человек и кружающая среда»).
Научная новизна. Получены новые экспериментальные данные по ^определению давления прямоточных газовых струй и струй с
предварительной закруткой на преграду, позволившие уточнить механизм интенсификации теплоотдачи в импактных струях. Проведены статистические исследования влияния организации течения в прямоточных и закрученных каналах на теплоотдачу газовых струй с преградой. Получены уравнения подобия, обобщающие эти данные по теплообмену.
С целью оптимизации геометрических и режимных параметров проведена оценка энергетической эффективности рассмотренных способов организации струйного течения.
Предложена математическая модель теплообмена потока газа, вызванного естественной конвекции в вертикальном плоском суживающемся канале.
Практическая значимость работы. Полученные экспериментальные данные по теплоотдаче с преградой прямоточных разной формы и закрученных струй создают основы для разработки инженерных методик расчета аппаратов со струйным теплообменом, а также позволяют осуществить оптимальный выбор организации течения газовых струй с целью минимизации энергетических затрат. В общенаучном плане они представляют интерес для дополнительного развития теплообмена в импактных струях.
Результаты работы, в частности, теоретический анализ и натурные испытания канала, имеющего форму геометрического сопла, был* использованы при разработке электрообогревателей в Уральском научно-инженерном центре «Водород».
Автор защищает:
результаты экспериментального исследования поля давления на преград] газовых струй, сформированных каналами, имеющими круглую, квадратную і треугольную формы поперечного сечения, а также струй с начальної закруткой, и развитые на основе этих данных физические представления < механизме интенсификации теплообмена струй с преградой;
результаты экспериментального исследования теплообмена с преградой і их обобщения в виде критериальных уравнений теплоотдачи газовы: импактных струй для круглого, квадратного и треугольного поперечны сечений сопел, а также для струй, закрученных аксиальными завихрителями;
-данные по оценке энергетической эффективности рассмотренных юсобов увеличения теплообмена в импактных газовых струях;
-результаты теоретического и экспериментального исследований :плообмена потока со стенками профильного вертикального канала, ормирующего свободноконвективную струю.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной іботьі были обсуждены на: 1-ой научно-технической конференции физико-іхнического факультета УГТУ - УПИ (Екатеринбург, 1994 г.); 3-ем Минском еждународном форуме по тепломассообмену (Минск, 1996 г.); IX Российской іучно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов» 'bi6HHCK,1996 г.); областной научно-технической конференции «Вклад ученых специалистов в развитие химико-лесного комплекса» (Екатеринбург, 1997 ); Всероссийской научно-практической конференции «Радиационная їзопасность Урала и Сибири» (Екатеринбург, 1997 г.); международной шференции «Безопасность, подготовка кадров и экологические проблемы іерной энергетики» (Екатеринбург, 1997 г.); юбилейной научно-технической шференции УГТУ «Подготовка кадров и экологические проблемы іергетики» (Екатеринбург, 1997 г.); международной выставке-семинаре Уралэкология-98» (Екатеринбург, 1998 г.); Второй Российской национальной знференции по теплообмену (Москва, 1998 г.).
Основные положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, таска цитированной литературы, включающего 132 наименования, в т.ч. 20 именований на иностранном языке, и приложения. Она содержит 150 границ, в том числе 110 страниц текста, 76 рисунков и 4 таблицы по тексту.